CN101960915B - 用于产生具有可变颜色的光的设备 - Google Patents

Abstract

一种照明***(10)包括：灯组件(14)，其用于产生颜色可变光(17)；控制器(15)，其用于产生用于灯组件的控制信号(ξ1，ξ2，ξ3)；源颜色输入装置(20)，其优选地为颜色传感器，用于向控制器输入定义源颜色的信息；与控制器关联的存储器(30)，其包含定义至少一个颜色协调规则的信息。根据输入源颜色并且使用来自存储器的协调规则，控制器计算目标颜色并且相应地产生其输出控制信号。因此，来自灯组件的光输出协调地匹配周围环境或物体的测量的颜色。

Description

用于产生具有可变颜色的光的设备

技术领域

本发明总体上涉及照明领域。更特别地，本发明涉及用于产生具有可变颜色的光的照明设备。

背景技术

用于利用可变颜色照明空间的照明***是公知的。通常，这样的***包括多个光源，每个光源发射具有特定颜色的光，这些不同光源的对应颜色相互不同。***整体产生的总体光于是为各光源发射的光的混合物。通过改变不同光源的相对强度，可以改变总体光混合物的颜色。

应当指出的是，这些光源可以是不同的类型，例如TL灯、卤素灯、LED等等。在下文中，将仅仅使用措词“灯”，但是这并非意在排除LED。

举例而言，在住宅、商店、饭店、旅馆、学校、医院等等的情况下，可能希望能够与诸如隔音材料(draping)或地毯之类的背景或者诸如家具之类的附近内部物体的颜色协调地改变或设置照明的颜色。良好的匹配能够创建吸引人的气氛。然而，对于未经训练的用户而言，可能难于通过设置协调的(harmonious)颜色来创建吸引人的气氛。

发明内容

本发明旨在克服或者至少降低这些问题。更特别地，本发明旨在提供一种帮助用户通过设置协调的颜色创建吸引人的气氛的照明***。

依照本发明的一个重要方面，照明设备包括至少一个颜色可变照明器(luminaire)，即能够提供具有颜色混合(例如RGB、RGBA等等)的光的照明器。

依照本发明的一个重要方面，所述照明设备还包括能够提供代表背景或邻近物体的颜色的信号的颜色传感器。

依照本发明的一个重要方面，所述照明设备还包括能够接收传感器测量信号并且能够基于接收的传感器测量信号控制照明器的控制器。所述传感器可以与该控制器分开，通过有线或无线连接与该控制器通信，或者所述传感器可以集成到该控制器中。

依照本发明的一个重要方面，该控制器包括具有定义颜色之间的协调规则的规则的存储器，并且该控制器基于接收的传感器测量信号操作以便根据存储器中存在的信息选择或计算颜色且根据选择的颜色控制照明器。

从属权利要求中叙述了另外的有利的详尽细节。

附图说明

本发明的这些和其他方面、特征和优点将通过以下参照附图对于一个或多个优选实施例的描述进一步加以解释，在附图中，相同的附图标记表示相同或相似的部分，并且其中：

图1示意性地示出了依照本发明的照明***的框图；

图2示意性地示出了色度图。

具体实施方式

图1示意性地示出了包括颜色再现灯组件14的照明***10的框图。词组“颜色再现”表示灯组件能够产生具有可变颜色的光，并且当接收适当的控制信号时，灯组件能够再现希望的颜色。在一个可能的实施例中，如图所示，灯组件14包括多个(在这里为三个)灯12A、12B、12C，例如LED，每个灯分别具有由公共控制器15控制的关联的灯驱动器13A、13B、13C。这三个灯12A、12B、12C分别产生具有相互不同的光颜色的光16A、16B、16C；使用的典型颜色是红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)。代替纯红色、绿色和蓝色的是，这些灯通常将发射近红色、近绿色和近蓝色的光。灯组件14发射的总体光示于17；该总体光17为各光16A、16B、16C的混合物，具有由基色(Primary)灯12A、12B、12C的相互光强度LI(R)、LI(G)、LI(B)确定的颜色，这些相互光强度又由控制器15为对应驱动器13A、13B、13C产生的控制信号ξ1、ξ2、ξ3确定。各强度LI(R)、LI(G)、LI(B)可以看作RGB颜色空间中的三维坐标。

应当指出的是，照明***可以具有四个或更多的灯。作为第四个灯，可以使用白色灯。也有可能使用一种或多种附加的颜色，例如黄色灯、青色灯等等。在下面的解释中，将假定RGB***，但是本发明也可以应用到具有四种或者甚至更多颜色的***。

对于每个灯而言，光强可以表示为从0(没有光)到1(最大强度)的数字。色点可以由三维坐标(ξ1，ξ2，ξ3)表示，每个坐标处于从0到1的范围内，以线性的方式与这些灯之一的相对强度相应。各灯的色点可以分别表示为(1，0，0)、(0，1，0)、(0，0，1)。

在这个方面，应当指出的是，***均灯功率。

理论上，可以认为颜色空间是一个连续体(continuum)。然而，在实践中，照明***的控制器是能够仅产生离散控制信号的数字控制器，因而潜在地可能的颜色的总数是有限的。

应当指出的是，也提出了颜色空间的不同表示，例如CIELAB颜色空间，其中独立变量是色调(H)、饱和度(S；在CIELAB中利用S＝色度/明度(lightness)计算)、视亮度(brightness)(B；在CIELAB中根据明度计算)。

色调、饱和度和视亮度的基本概念最容易在CIE 1931(x，y)颜色空间(参见图2)中来解释，尽管在其他颜色空间中可以获得其他定义。为了简单起见，将在下文中使用CIE 1931(x，y)颜色空间，其具有坐标x、y、Y，其中x和y为色度坐标并且其中大写字母Y将视亮度表示为独立坐标。从三个颜色坐标到x、y坐标的变换由以下公式定义：

$x=\frac{X}{X+Y+Z}---\left(1a\right)$

$y=\frac{Y}{X+Y+Z}---\left(1b\right)$

$z=\frac{Z}{X+Y+Z}=1-x-y---\left(1c\right)$

其中大写字母X、Y和Z代表可以根据R、G、B值计算的三刺激值，如本领域技术人员所应当知道的。因此，所有颜色都可以在二维xy平面内表示，如图2所示，该图示意性地示出了CIE(xy)色度图。该示图是公知的，因此解释将保持最少。点(1，0)、(0，0)和(0，1)分别表示理想的红色、蓝色和绿色，这些理想颜色是虚拟颜色。这些点描述了CIE1931(x，y)颜色空间中的三角形。曲线1代表纯光谱色。波长以纳米(nm)为单位表示。虚线2连接曲线1的末端。曲线1和虚线2包围的区域3包含所有可见的颜色，即人眼可感知的颜色；与曲线1的纯光谱色形成对照的是，区域3的颜色是混合色，其可以通过混合两种或者更多纯光谱色而获得。相反地，每种可见颜色可以由色度图中的坐标表示；色度图中的点将表示为“色点”。

所述三角形内的所有颜色都可以通过混合所述理想颜色来产生，如下文中将要解释的。当混合两种纯光谱色时，得到的混合色的色点位于连接这两种纯颜色的色点的直线上，得到的色点的确切位置取决于混合比例(强度比例)。例如，当混合紫色和红色时，得到的混合色***的色点位于虚线2上。两种颜色如果可以混合产生白色光，则称为“互补色”。例如，图2示出了连接蓝色(480nm)和黄色(580nm)的直线4，该直线穿过白点，其意味着蓝色光和黄色光的正确强度比例将感知为白色光。这同样适用于任何其他互补色组：在相应正确的强度比例的情况下，光混合物将被感知为白色光。应当指出的是，光混合物实际上仍然包含不同波长的两种光谱贡献。

如果两种互补色(灯)的光强度分别表示为I1和I2，那么混合光的总体强度Itot将由I1+I2限定，而得到的颜色将由比例I1/I2限定。例如，假设第一颜色是强度为I1的蓝色并且第二颜色是强度为I2的黄色。如果I2＝0，那么得到的颜色是纯蓝色，并且得到的色点位于曲线1上。如果I2增加，那么色点沿着直线4朝白点行进。只要色点位于纯蓝色与白色之间，那么相应的颜色仍然被感知为带蓝色的，但是更接近白点，得到的颜色将更淡。

在下文中，措词“颜色”将与措词“色点”关联地用于区域3中的实际颜色。颜色的“印象”将由措词“色调”表示；在上面的实例中，色调将是蓝色。应当指出的是，色调与曲线1的光谱色关联；对于每个色点，相应的色调可以通过将该色点沿着穿过白点的直线投影到曲线1上而找到。

此外，颜色是否为或多或少淡的色调这一事实将由措词“饱和度”表示。如果色点位于曲线1上，那么相应的颜色是纯光谱色，也表示为完全饱和色调(饱和度＝1)。随着色点朝白点行进，饱和度降低(不那么饱和的色调或更淡的色调)；根据定义，在白点中，饱和度为零。

应当指出的是，许多可见颜色可以通过混合两种颜色而获得，但是这并不适用于所有颜色，其由图2可容易看出。此外，在实践中，灯不可能产生理想颜色。在包括产生在图2中具有相应色点C1、C2、C3的三种不同颜色的三个灯的***中，有可能产生具有由这三个色点C1、C2、C3定义的三角形内的任何希望的颜色的光。可以使用更多的灯，但这不是必要的。例如，也可能添加白色光灯。或者，如果希望产生所述三角形之外的颜色，那么可以添加具有更接近希望的颜色的色点的第四个灯。在所述三角形内，颜色在这样的情况下不再作为三个光输出的唯一组合而获得，而是可以以若干不同的方式作为四个光输出的组合而获得。

应当指出的是，图2的二维表示相应于所有颜色具有相同的视亮度Y。对于不同的视亮度而言，线1和2的形状可能不同。视亮度可以看作垂直于图2绘图平面的第三轴。依照视亮度堆叠的所有二维曲线一起限定了一个弯曲的三维体。换言之，图2的色度图是三维颜色空间的二维截面。

还应当指出的是，二维平面内的颜色表示可以变换成另一形状，例如圆形或轮形(色轮)。

由上所述，应当清楚的是，一旦控制器15定义了颜色空间中的目标色点，那么控制器15有可能产生其控制信号ξ1、ξ2、ξ3，使得总体输出光17，即各光16A、16B、16C的混合物具有希望的目标颜色。

可能的是，控制器15能够接收定义目标色点的用户输入信号。为此目的，可以向控制器15提供用户接口(未示出)。在一个实例中，适当的用户接口可以包括三个单独的输入设备，例如电位计，其用于定义0与1之间的R值、G值和B值。在另一个实例中，适当的用户接口可以包括用于定义色轮表示中的色调角度的旋转电位计以及用于定义饱和度的线性电位计。在另一个实例中，适当的用户接口可以包括允许用户表示二维颜色空间中的点的图形显示器。在所有这些实例中，用户将能够直接控制输出光17的颜色。

在实践中，希望用户能够设置输出光的颜色，使得输出光的颜色匹配周围环境，或者匹配特定物体的颜色。在上面的实例中，这将要求用户直接产生定义目标颜色的用户输入信号。然而，在实践中，这对于未经训练的用户显得困难，因而用户倾向于遵循单调乏味的试错过程。

为了避免这个问题，***10允许用户向控制器15输入定义周围环境的颜色或者特定物体的颜色的信息，所述颜色此后将表示为“源颜色”。可能的是，为此目的，该***包括上述类型的用户接口。然而，优选地，***10能够独立于用户而工作，并且包括至少一个颜色传感器20，所述颜色传感器能够感测光并且产生指示感测的光的色点的测量信号Sm。由于颜色传感器本身是已知的，因而没有必要非常详细地解释它们的操作。在一个实例中，这种颜色传感器可以包括一组光检测器——每个光检测器对于相对较小波长区域内的光(例如R、G、B)敏感，或者通过适当滤光器接收光的宽带光检测器。同样可能的是，颜色传感器包括一个或多个光源并且检测反射的光。

颜色传感器20可以与控制器15集成在一起，或者可以是通过有线或无线连接耦合到控制器的单独的手持式设备。同样可能的是，颜色传感器20集成到照明器的外壳内。

在实践中，用户将采用颜色传感器20感测周围环境的颜色，或者他希望输出光17与之匹配的关键物体的颜色。或者，在照明器具有集成的颜色传感器的情况下，只要周围环境影响传感器处接收的光，照明器就自动地适应其周围环境。

***10还包括包含定义颜色协调规则的信息的存储器30。这些规则基本上将目标颜色定义为源颜色的函数。这些规则可以例如是查找表的形式，或者公式的形式。这些协调规则由***10的制造商预先定义。

不同类型的协调规则是可能的。例如，基于作为颜色空间的表示的色轮，协调规则可以将目标颜色计算为与源颜色互补(例如黄色对蓝紫色)。在另一个实例中，协调规则可以将色轮上的三个或四个等距离颜色定义为彼此协调，因此目标颜色可以被计算为具有到源颜色的特定角距离(相应于色调距离)。

应当指出的是，如本领域技术人员所知的，协调规则本身是已知的。举例而言，参阅网站http://www.sessions.edu/career_center/design_tools/color_calculator/index.asp#，其中交互式颜色计算器依照不同的可选择协调规则可用。

还应当指出的是，本领域技术人员应当清楚如何在查找表或公式中实现特定协调规则。

存储器30可以包含依照仅仅一种类型的协调规则。然而，同样可能的是，存储器30包含依照多种协调类型的多个协调规则，并且控制器15可以设有允许用户选择一种协调类型的用户输入端19。用户输入端19向控制器15提供规则选择信号Srs，并且控制器15使用该规则选择信号Srs从存储器的规则中选择一个颜色协调规则。

尽管在附图和前面的描述中详细地图示和描述了本发明，但是本领域技术人员应当清楚的是，这样的图示和描述应当被认为是说明性或示例性的，而不是限制性的。本发明并不限于所公开的实施例；相反地，若干变型和修改可能处于如所附权利要求书所限定的本发明的保护范围内。

例如，可能的是，所述***包括多个颜色传感器，并且用户被允许将这些传感器之一选作操作传感器，或者所述控制器被设计成将源颜色计算为测量的颜色的平均值。

此外，已经就R、G、B值描述了本发明。然而，其他的颜色空间或颜色表示也是可能的。此外，应当指出的是，RGB值内在地定义了视亮度，即光强度。然而，用户应当能够找到匹配颜色，而不管周围环境的颜色的视亮度如何，并且他应当能够自由地设置可控灯12的视亮度。尽管有可能将这些特征与RGB空间中的感测和计算结合起来(通过将所有值乘以相同的量)，但是优选的是在视亮度无关表示中，例如在色调和饱和度方面进行计算。在RGB传感器的情况下，控制器可以首先将RGB测量信号变换成色调、饱和度、视亮度信号并且仅仅处理色调和饱和度值。

此外，已经针对其中协调规则得到一种作为输入源颜色的函数的协调目标颜色的实施例描述了本发明。然而，同样可能的是，协调规则得到两种或三种或者甚至更多种作为输入源颜色的函数的协调目标颜色。在其中所述***仅包含一个可控灯组件的情况下，或者在其中希望多个可控灯组件都产生相同颜色的情况下，一种目标颜色应当选自所述两种或更多种可能的协调目标颜色。这优选地应当是用户选择。现在，困难在于如何允许用户将他的选择传送到控制器。在简单而精彩的解决方案中，控制器被编程为利用控制信号顺序地驱动灯组件，得到不同的可能的目标颜色，使得用户可以看见这些颜色并且做出选择，他可以在控制器显示选择的颜色的时间间隔期间通过按压OK按钮(未示出)简单地将所述选择输入到控制器。

在其中所述***包括多个可控灯组件的情况下，以上所述对于每个灯是可能的，但是同样可能的是，针对不同的目标颜色驱动不同的灯。在这里，哪个灯产生哪种颜色的决策可以是控制器做出的决策，但是它也可以是用户决策。

总的说来，本发明提供了一种照明***10，该照明***包括：

-灯组件14，其用于产生颜色可变光17；

-控制器15，其用于产生用于灯组件的控制信号ξ1、ξ2、ξ3；

-源颜色输入装置20，其优选地为颜色传感器，用于向控制器输入定义源颜色的信息；

-与控制器关联的存储器30，其包含定义至少一个颜色协调规则的信息。

根据输入源颜色并且使用来自存储器的协调规则，控制器计算目标颜色并且相应地产生其输出控制信号。因此，来自灯组件的光输出协调地匹配周围环境或物体的测量的颜色。

本领域技术人员在实施要求保护的本发明时，根据对于所述附图、本公开内容以及所附权利要求书的研究，应当能够理解和实现所公开实施例的其他变型。在权利要求书中，措词“包括/包含”并没有排除其他的元件或步骤，并且不定冠词“一”并没有排除复数。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列出的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中列出特定技术措施这一事实并不意味着这些技术措施的组合不可以加以利用。计算机程序可以存储/分布于适当的介质上，例如存储/分布于与其他硬件一起提供或者作为其他硬件的一部分而提供的固态介质或者光学存储介质上，但是也可以以其他的形式分发，例如通过因特网或者其他有线或无线电信***分发。权利要求书中的任何附图标记都不应当被视为对范围的限制。

在上文中，已经参照框图解释了本发明，所述框图示出了依照本发明的设备的功能框。应当理解的是，这些功能框中的一个或多个可以以硬件实现，其中这样的功能框的功能由单独的硬件部件实现，但是同样可能的是，这些功能框中的一个或多个以软件实现，从而这样的功能框的功能由计算机程序的一个或多个程序行或者可编程设备(例如微处理器、微控制器、数字信号处理器等等)实现。

Claims (7)

1.照明***(10)，包括：

-至少一个颜色再现灯组件(14)，其能够产生颜色可变光(17)；

-控制器(15)，其用于产生用于灯组件的控制信号(ξ1，ξ2，ξ3)；

-源颜色输入装置(20)，其用于向控制器(15)输入定义源颜色的信息；

-与控制器(15)关联的存储器(30)，该存储器(30)包含定义至少一个颜色协调规则的信息；

其中控制器(15)被设计成使用来自存储器(30)的协调规则计算其输出控制信号(ξ1，ξ2，ξ3)以便将至少一种目标颜色定义为源颜色的函数，

其中源颜色输入装置(20)包括颜色传感器(20)，该颜色传感器能够测量接收的光的颜色并且产生指示测量的颜色的测量信号(Sm)。

2.依照权利要求1的***，其中灯组件(14)包括多个灯(12A，12B，12C)和关联的灯驱动器(13A，13B，13C)，该灯组件(14)被设计用于产生由各灯(12A，12B，12C)的光输出贡献(16A，16B，16C)组成的光混合物(17)。

3.依照权利要求1的***，其中存储器(30)包含定义多个颜色协调规则的信息；

其中所述***还包括用户输入设备(19)，该用户输入设备用于向控制器(15)输入指示来自所述多个颜色协调规则的用户选择的协调规则的规则选择信号(Srs)；

并且其中控制器(15)被设计成使用来自存储器(30)的用户选择的协调规则计算其输出控制信号(ξ1，ξ2，ξ3)以便将目标颜色定义为源颜色的函数。

4.依照权利要求1的***，其中控制器(15)被设计成在二维的、与视亮度无关的颜色空间中进行计算。

5.依照权利要求1的***，其中颜色协调规则得到与源颜色协调的两种或更多颜色，并且其中所述***具有用于允许用户将这些协调颜色之一选作目标颜色的用户输入端。

6.依照权利要求1的***，包括多个灯组件(14)，其中颜色协调规则得到与源颜色协调的两种或更多颜色，并且其中控制器(15)被设计成计算其用于不同灯组件的输出控制信号，使得不同的协调颜色由这些不同的灯组件再现。

7.依照权利要求6的***，其中该***具有用于允许用户定义哪个灯组件再现哪种颜色的用户输入端。

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